[Scientist] 생기원 권의표 그룹장 ‘직수냉각 핫스탬핑 기술’ 개발

한국생산기술연구원 탄소소재응용연구그룹 권의표 그룹장 연구팀이 3mm 이상의 두꺼운 강판에도 적용 가능하고 냉각성능도 3배 이상 향상시킨 ‘직수냉각 핫스탬핑 기술’을 개발했다. 이 기술을 기반으로 연구팀은 자동차 부품기업 ‘동해금속㈜’와 함께, 지난해 12월 친환경 버스 프레임 제작에 사용되는 사이드 멤버 부품까지 개발해냈다.

Q 이 기술을 개발하게 된 동기는?

A 냉각수를 금형 내에서만 순환시키는 기존 ‘다이(Die)냉각 핫스탬핑’ 기술의 한계점에 주목했다. 기존 다이냉각 기술은 간접냉각 방식이어서 냉각 속도가 비교적 느리고, 강판이 두꺼울 경우 열 전달이 어려워서 냉각성능도 크게 떨어졌다.

이를 보완하기 위해서 우리 연구팀은 냉각수를 금형 내부뿐만 아니라 표면에 새겨진 유로(流路)에도 동시에 흐르게 할 수 있는 혼합 방식의 ‘직수유로분사’ 냉각법을 새롭게 생각하게 됐다.

또한 냉각수 공급량을 최적 수준으로 제어해주는 냉각수 분사·배출 장치까지 제작해 일련의 직수냉각성형 시스템을 구축하게 됐다.

Q 개발된 직수냉각 핫스탬핑 기술과 다이 냉각 핫스탬핑 기술에도 핫스탬핑 기술이 적용되는데 이 기술은 어떤 기술인가?

A 자동차 업계에서 초경량·고강도 부품을 제조할 수 있는 기술이 ‘핫스탬핑(Hot Stamping)’ 기술이다.

‘핫스탬핑’ 기술은 약 950℃ 정도의 고온에서 가열한 금속소재를 금형에 넣고 프레스 성형한 후에 금형 속에서 꺼내지 않고 급속 냉각시키는 공법을 말하는데 이 기술을 적용하면, 강판의 강도가 2~3배 가량 높이면서 강판 두께는 오히려 줄일 수 있어 부품 경량화에 매우 유리하다.

Q 개발된 기술은 기존 기술에 비해 어떤 강점이 있나?

A 개발된 시스템은 3.2mm 두께로 두꺼운 강판 핫스탬핑 성형 시험에서 기존 방식보다 최대 78% 가량 시간(33초→7초)이 단축되고 초당 89℃의 냉각속도와 인장강도 1,600 MPa(메가파스칼)급 초고강도를 구현해냈다.

Q 이러한 성과를 낼 수 있는 기술적인 비결은?
A 그 비결은 냉각수가 직수냉각 펀치(Punch) 금형 표면의 유로를 따라 흐르면서 판재와 직접 접촉해 급속 냉각할 수 있기 때문이다.

또한 냉각수가 유로 위를 고르게 흐르기 때문에 냉각성능이 균일하고, 냉각 후 가열된 물이 배출장치로 나오기 때문에 금형 내부에 고여 냉각성능이 저해될 우려도 적다.

Q 향후 이 기술을 어떻게 활동할 수 있을 것으로 생각하나?

A 버스 프레임 이외에 경량화 및 고강도가 요구되는 트럭, 특장차, 항공기 등 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 생각되며 냉각속도가 빨라야 후열처리 과정에서 강도가 향상되는 고강도 알루미늄 소재 성형기술로도 적용이 기대된다.